电势PH曲线实验报告

电势PH曲线实验报告（精选3篇）

篇1：电势PH曲线实验报告

基础化学实验基础化学实验

实验十二

电势-pH 曲线的测定

姓名:赵永强 指导教师:吴振玉

一、目的要求 1、掌握电极电势、电池电动势及 pH 的测定原理与方法。

2、了解电势-pH 图的意义及应用。

3、测定 Fe 3+ /Fe 2+-EDTA 溶液在不同 pH 条件下的电极电势,绘制电势-pH曲线。

二、实验原理 很多氧化还原反应不仅与溶液中离子的浓度有关,而且与溶液的 pH 值有关,即电极电势与浓度与酸度成函数关系。如果指定溶液的浓度,则电极电势只与溶液的 pH 值有关。在改变溶液的 pH 值时测定溶液的电极电势,然后以电极电势对pH 作图,这样就可得到等温、等浓度的电势－pH 曲线。

对于 Fe 3+ /Fe 2+-EDTA 配合体系在不同的 pH 值范围内,其络合产物不同,以 Y 4-代表 EDTA 酸根离子。我们将在三个不同pH 值的区间来讨论其电极电势的变化。

①高 pH 时电极反应为 Fe(OH)Y 2-+e

FeY 2-+OH-

根据能斯特(Nernst)方程,其电极电势为:（标准）   －-2--2Fe(OH)YOH FeYlnaa aFRT 稀溶液中水的活度积 K W 可瞧作水的离子积,又根据 pH 定义,则上式可写成（标准）   －b 1 －FRTmmFRT 303.2ln-2-2Fe(OH)YFeY）

（）

（pH 其中1b =))(()(ln22Y OH FeKw FeYFRT。

在 EDTA 过量时,生成的络合物的浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子的浓度。即 m FeY2- m Fe2 ＋

。在 m Fe2 ＋ / m Fe3 ＋ 不变时,  与 pH 呈线性关系。如图中的 cd段。

②在特定的 PH 范围内,Fe 2+ 与 Fe 3+ 能与 EDTA 生成稳定的络合物 FeY 2-与FeY-,其电极反应为 FeY-

＋e

FeY 2-

其电极电势为（标准）   －-2FeYFeYlnaaFRT  式中,（标准） 为标准电极电势;a 为活度,a =  ·m( 为活度系数;m 为质量摩尔浓度)。

则式(1)可改写成

（标准）   －--2--2FeYFeYFeYFeYln lnmmFRTFRT ＝φ  －b 2 －--2FeYFeYlnmmFRT 式中,b 2 ＝--2FeYFeYlnFRT。

当溶液离子强度与温度一定时,b 2 为常数。在此 pH 范围内,该体系的电极电势只与

m FeY2-/m FeY-的值有关,曲线中出现平台区(上图中 bc 段)。

③低 pH 时的电极反应为 FeY-+H + +e

FeHY-

则可求得:（标准）   －b 2 －FRTmmFRT 303.2ln--FeYFeHY pH 在 m Fe2 ＋ / m Fe3 ＋ 不变时,  与 pH 呈线性关系。如图中的 ab 段。

三、仪器 试剂 数字电压表

(NH 4)2 Fe(SO 4)2 ·6H 2 O 数字式 pH 计

(NH 4)Fe(SO 4)2 ·12H 2 O 500ml 五颈瓶(带恒温套)

HCl 电磁搅拌器

NaOH 药物天平(100 g)

EDTA 复合电极

铂电极 温度计

N 2(g)50 容量瓶

滴管 四、实验步骤 1、按图接好仪器装置图

1、酸度计

2、数字电压表

3、电磁搅拌器

4、复合电极

5、饱与甘汞电极

6、铂电极 7、反应器

仪器装置如图 I24、2 所示。复合电极,甘汞电极与铂电极分别插入反应器三个孔内, 反应器的夹套通以恒温水。测量体系的 pH 采用 pH 计,测量体系的电势采用数字压表。用电磁搅拌器搅拌。

2、配制溶液

预先分别配置 0、1mol/L(NH 4)2 Fe(SO 4)2 ,0、1 mol/L(NH 4)Fe(SO 4)2(配前加两滴 4 mol/L

HCl),0、5 mol/L EDTA(配前加 1、5 克

NaOH),4 mol/L HCl,2 mol/L

NaOH 各 50ml。

然 后 按 下 列 次 序 加 入 :50ml0、1mol/L(NH 4)2 Fe(SO 4)2 ,50ml0、1 mol/L(NH 4)Fe(SO 4)2 ,60ml0、5 mol/L EDTA,50ml蒸馏水,并迅速通 N 2。

3、将复合电极、甘汞电极、铂电极分别插入反应容器盖子上三个孔,浸于液面下。

4、将复合电极的导线接到 pH 计上,测定溶液的 pH 值,然后将铂电极,甘汞电极接在数字电压表的“＋”、“－”两端,测定两极间的电动势,此电动势就是相对于饱与甘汞电极的电极电势。用滴管从反应容器的第四个孔(即氮气出气口)滴入少量4mol/LNaOH 溶液,改变溶液 pH 值,每次约改变 0、3,同时记录电极电势与 pH 值,直至溶液 PH=8 时,停止实验。收拾整理仪器。

五、实验数据记录与处理 pH 值 电势/mv pH 值 电势/mv 9、28-5、4 5、86 122、3 8、96 12、2 5、6 122、8 8、9 15、6 5、28 123、1 8、81 20、6 4、49 123、5 8、69 28 4、04 124、5 8、09 61、8 3、67 126、6 7、81 76、3 3、4 129、2 7、51 91、3 3、26 131、3 7、16 105、9 3、11 134 6、8 115、4 3 136、8 6、59 118、4 2、88 140、1 6、51 119、2 2、78 143、3 6、33 120、5 2、72 144、9 6、11 121、3 2、62 149、2 6、07 121、8 2、53 152、6 5、96 122

六、讨论 电势-pH 图的应用 电势-pH 图对解决在水溶液中发生的一系列反应及平衡问题(例如元素分离,湿法冶金,金属防腐方面),得到广泛应用。本实验讨论的 Fe 3+ /Fe 2+-EDTA 体系,可用于消除天然气中的有害气体 H 2 S。利用 Fe 3+-EDTA 溶液 可将天然气中 H 2 S 氧化成元素硫除去,溶液中Fe 3+-EDTA络合物被还原为Fe 2+-EDTA配合物,通入空气可以使 Fe 2+-EDTA 氧化成 Fe 3+-EDTA,使溶液得到再生,不断循环使用,其反应如下: 2FeY-+H2 S   脱硫2FeY 2-+2H + +S 2FeY 2-+21O 2 +H 2 O  再生2FeY-+2OH-

在用 EDTA 络合铁盐脱除天然气中硫时,Fe 3+ /Fe 2+-EDTA 络合体系的电势-pH 曲线可以帮助我们选择较适宜的脱硫条件。例如,低含硫天然气 H 2 S 含量约 1×10-4 ～6×10-4

kg·m-3 ,在 25℃时相应的 H 2 S 分压为 7、29～43、56Pa。

根据电极反应 S+2H + +2e H 2 S(g)在 25℃时的电极电势  与 H 2 S 分压 p H

2S 的关系应为: (V)＝－0、072－0、02961lp HS －0、0591pH 在图 2-17-1 中以虚线标出这三者的关系。

由电势-pH 图可见,对任何一定 m Fe3 ＋

/ m Fe2 ＋ 比值的脱硫液而言,此脱硫液的电极电势与反应 S+2H + +2e H 2 S(g)的电极电势之差值,在电势平台区的 pH 范围内,随着pH的增大而增大,到平台区的pH上限时,两电极电势差值最大,超过此pH,两电极电势值不再增大而为定值。这一事实表明,任何具有一定的 m Fe3 ＋ / m Fe2 ＋ 比值的脱硫液,在它的电势平台区的上限时,脱硫的热力学趋势达最大,超过此pH后,脱硫趋势保持定值而不再随 pH 增大而增加,由此可知,根据 -pH 图,从热力学角度瞧,用 EDTA 络合铁盐法脱除天然气中的 H 2 S 时,脱硫液的 pH 选择在 6、5～8之间,或高于 8 都就是合理的,但 pH 不宜大于 12,否则会有 Fe(OH)3 沉淀出来。

七、思考题 1、写出 Fe 3+ /Fe 2+ － －EDTA 络合体系在电势平台区、低 pH 与高 pH 时, 体系的基本电极反应及其所对应的电极电势公式的具表示式, 并指出每项的物理意义。

①高 pH 时电极反应为 Fe(OH)Y 2-+e

FeY 2-+OH-

其电极电势为:（标准）   －b 1 －FRTmmFRT 303.2ln-2-2Fe(OH)YFeY pH 其中1b =))(()(ln22Y OH FeKw FeYFRT。

在 EDTA 过量时,生成的络合物的浓度可近似瞧作为配制溶液时铁离子的浓度。即 m FeY m Fe

。在 m Fe 2 ＋ / m Fe 3 ＋ 不变时,φ 与 pH 呈线性关系。

②在特定的 PH 范围内,Fe 2+ 与 Fe 3+ 能与 EDTA 生成稳定的络合物 FeY 2-与 FeY-,其电极反应为: FeY-

＋e

FeY 2-

其电极电势为:（标准）   －)(FeY)(FeY)(FeYFeY--2--2ln lnmmFRTFRT）

（＝φ  －b 2 －)FeYFeY--2ln（）

（mmFRT

(2)式中,b 2 ＝）

（）

（--2FeYFeYlnFRT。当溶液离子强度与温度一定时,b 2 为常数。在此 pH 范围内,该体系的电极电势只与 m FeY /m FeY 的值有关,曲线中出现平台区。

③低 pH 时的电极反应为 FeY-+H + +e

FeHY-

则可求得:（标准）   －b 2 －FRTmmFRT 303.2ln--FeYFeHY）

（）

（pH

(3)在 m Fe 2 ＋ / m Fe 3 ＋ 不变时,φ 与 pH 呈线性关系。、脱硫液的 m Fe 3 ＋ / m Fe 2 ＋ 比值不同, 测得的电势— —PH 曲线有什么差异？ 答:当脱硫液的 m Fe / m Fe 比值不同时影响电势—PH 曲线的斜率。

八、注意事项 1、搅拌速度必须加以控制,防止由于搅拌不均匀造成加入 NaOH 时,溶液上部出现少量的Fe(OH)3 沉淀。

2、

甘汞电极使用时应注意 KCL 溶液需浸没水银球,但液体不可堵住加液小孔。

篇2：电势PH曲线实验报告

1 实验部分

1. 1仪器与试剂

( 1) UJ - 36 型电位差计,PHs - 2 型酸度计,饱和甘汞电极,铂电极,玻璃电极。

( 2) Fe Cl3·6H2O ( 化学纯) , Fe CL2·4H2O ( 化学纯) ,EDTA( 化学纯) ,HCl( 分析纯) ,Na OH( 分析纯) ,N2。

1. 2实验过程

按装置图连接好仪器,接通电源。向反应容器中通N210 min,用电子天平称取一定量的Fe Cl3· 6H2O、 Fe Cl2·4H2O、EDTA依次加入反应容器中,滴加4% 的Na OH溶液调节溶液的p H值为7. 5 ~ 8 左右,在滴加4 mol·dm－ 3HCl使反应容器中溶液的p H值每次改变0. 2 ~ 0. 3,记下p H值和电极电位值,直到容器中的溶液出现混浊为止。

重复上述试验操作,每次改变Fe Cl3·6H2O和Fe Cl2·4H2O的量,EDTA的量不变。

2 结果与讨论

本实验对五种Fe3 +/ Fe2 +~ EDTA络合体系进行了电极电位和p H值的测定,结果列于表1。

注: w1是Fe Cl3·6H2O的重量,w2是Fe Cl2·4H2O的重量。

实验结果表明: a,b,c三个体系电位- p H曲线的平台范围大致相同,平台的电位值大致相同。d,e两个体系的电位-p H曲线的平台范围变化与a,b,c体系相差不大,只是平台的电位值相差得稍大一些。

对以上的差别我们可以通过能斯特方程加以讨论。

平台区的电极反应:

( Y表示EDTA,Fe Y－是三价铁离子与EDTA形成的络离子,Fe Y2 －是二价铁离子与EDTA形成的络离子)

式中r为活度系数,温度一定时b为常数。

在a,b,c体系中,m( Fe Y2 －) /m( Fe Y－) ≈m1/ m2≈w1/ w2=1,所以ln m( Fe Y2 －) /m( Fe Y－) = 0。温度一定时,Φθ- b为定值,所以 Φ 不变。本实验 Φ 值为- 130 m V。在测量时上下有不到10 m V的变化,主要是由于体系中离子的总浓度发生了变化,导致溶液的离子强度发生了变化,因而对电极电位得知有一定的影响属于正常。

在d体系中,m( Fe Y2 －) /m( Fe Y－) = 0. 5,当T = 295 K时,RT/F ln m( Fe Y2 －) /m( Fe Y－) = -17. 6 m V,Φ理论= - 130 -( - 17. 6) = 112. 4 m V,Φ实测= - 113。

在e体系中,m( Fe Y2 －) /m( Fe Y－) = 2,当T = 295 K时,RT / F lnm ( Fe Y2 －) /m ( Fe Y－) = 17. 6 m V,Φ理论= - 130 -( 17. 6) = 147. 6 m V,Φ实测= - 146 m V。

实测值与理论计算值吻合。

3 本实验所用仪器的优点

不同的教材对于电位- p H曲线测定实验所用的主要仪器略有差别,大致是: 1两台PHs - 2 型酸度计; 2一台PHs - 2型酸度计和UJ - 25 型电位差计; 3一台PHs - 2 型酸度计和一台UJ - 3 6 型电位差计。在以上三种仪器组合中,第三种仪器组合是本实验所选用的。对于第一种一起组合,应为酸度计需要分别校正,所用时间较长。第二种仪器组合,虽然只有一台酸度计需要进行校正,但是UJ - 25 型电位差计仪器笨拙、接线麻烦、不易调节、检流计不易稳定,用起来较麻烦,而且实验台上需要放的仪器很多。第三种仪器组合,UJ - 36 型电位差计接线简单,调节容易,仪器读数的精度符合本实验的要求,因此我们在进行电位- p H曲线实验测定中改为第三种组合。

4 结论

篇3：电势PH曲线实验报告

活立木生物电势能的输出功率大小可由一些显著的物理参数来反映, 例如电压和电流。为了找到在树木与其周围的环境参数的生物电的更全面的关系, 实验在不同的区域和在自然环境中进行。在实验中, 将会对所选择的树木木质部的p H值, 以及对环境的参数的输出功率进行测定, 包含环境参数空气温度, 空气相对湿度, 土壤温度, 土壤湿度和土壤p H值。

1 研究方法

1.1 实验地区和树种

我们选择了四个城市的四个实验区, 其中银川、大兴安岭、柳州和北京具有不同种类的土壤和气候。实验被分成两个子实验, 分别命名为E1和E2。E1是在夏季的银川, 大兴安岭和柳州, 历时10d。银川市是中国西部, 有碱性土壤和气候干燥的夏季。杭州位于中国的东部, 夏季是中性土壤湿润气候。柳州是中国的南部, 有酸性土壤, 夏天有非常潮湿的气候。子实验在设在上述三个区域是为了获得在不同的生长条件下进行研究的全面数据。E2是在北京的夏天, 历时20d。北京是中国的东北部, 有弱碱性的土壤和高温多雨的夏天。在每个实验区, 我们随机选择了几棵健康的树木作为代表。

1.2 电源

在每个选定的树的不同高度 (50 cm, 100cm, 130cm) 的木质部插入三铁电极 (直径5mm) , 另一个电极植入相邻的土壤 (15cm的地底下) , 用固定长度的电线连接到电极。一个负载电阻连接成树中的电极, 并通过导线连接接地电极形成电路。负载电阻的电压和电流同时通过同一万用表 (福禄克17B, 福禄克, 美国) 进行测定。电源是每次测量后计算出来的。

在E1中, 在土壤中用电极来代替万用表的接地端, 其直接连接到土壤中的相应深度的负端子, 该终端是铜做的。在E2中, 使用相同的铁电极。其目的是为了观察电极材料与试验的影响。

1.3 木质部的p H

木质部样品从每个选择的树收集并储存在塑料袋中数天。木质部测定p H根据标准GB/T6043-1999。

2 结果与分析

2.1 电源分布

在E1得到35组数据, 并在E2得到1026组数据。

图1显示的是在E1和E2中得到的功率值的分布。X轴是紧密间隔的功率范围。Y轴是功率在每个范围中的频率。在图A中, 银川、杭州、柳州, 获得夏季35组数据。在图B中, 测定初冬北京1026组数据, 在高峰期从0n W到200n W范围下跌。

很明显, 在E1的功率值均高于E2, 这表明活立木生物电的大小可能受电极所在土壤条件的变化影响较大。为了排除季节性影响的可能性, 在E2中做了排除实验。得出的结果是季节变化可能是另一个影响因素, 但在我们的实验中没有显著的体现。

2.2 不同的高度

根据文献, 我们了解到木质部和土壤之间生物电压差不会改变[3]。然而, 在我们的实验中功率受电极高度的影响较大, 但暂时没有发现它们之间确切的关系。

在我们的实验中每棵树选定三种高度 (50cm, 100cm, 和130cm) , 相同的电极分别插入不同高度的木质部。三个功率值是在不同的高度得到。通过滚差比对数据, 最终得出的结论是在大多数情况下, 在130cm的高度处的电势差较大。

2.3 环境参数

我们发现, 木质部的p H值几乎不会变化, 而那些土壤p H值的变化与实验区电势差的变化相对应。虽然木质部p H值在各实验区有波动, 平均值均约为6 (图2) 。土壤p H值曲线 (菱形) 表明, 银川、杭州、柳州测量土壤样品分别为碱性, 近似中性和酸性。但木质部p H值的平均值曲线 (正方形) 在所有的实验区均约为6。相同的值已经在克里斯托弗的盆栽垂叶榕树的木质部实验中获得过[1]。生物电强度与木质部和土壤之间的p H差值之间的确切关系已被观察到。在我们的实验中, 假设木质部p H值的是一致的, 类似的假说是:生物电强度和土壤p H值之间具有显著关系。

通过观察发现, 木质部测得的功率和周围的土壤 (表1) 的p H值之间有相关性。此外, 空气的相对湿度和土壤温度对功率具有显著影响, 不过相关系数均较小。符号**表示相关性在0.01的显著水平 (2尾) 。符号*表示相关性在0.05显著水平 (2尾) 。

表2显示出了功率基于土壤p H, 土壤温度和空气相对湿度的结果的回归分析。因变量是动力, 自变量是土壤p H值, 土壤温度和空气相对湿度。线性回归的方程为:

P是功率, Sp是土壤p H值, St是土壤温度, Arh是空气相对湿度, R2为0.861

3 结语

国内外的科学家们早已开始对活立木与土壤之间的电势差进行测定, 并用来分析树木的生物电机理。在我们的实验中, 我们对每棵活立木在负载电阻上的电压和电路中的电流同时进行测量。在相关的生物电所有分析中使用功率参数, 但是功率的测量需要一个闭路, 这就产生了功耗。为了减少在电线上的损耗以便测出更加精确的电流, 我们选用12kΩ负载电阻。

我们已经明确的发现, 木质部和土壤之间的电压会随p H差值而改变, 紧随Nernst方程[1]之间的明确关系。在我们的实验中我们发现了木质部p H值的一致值。因此, 在我们的分析中木质部和土壤的p H值差异近似的被土壤p H值所取代。结果表明, 木质部测得的功率值与土壤p H值之间的关系与Christopher J.Love、张曙光和Andreas Mershin[1]的假说具有显著相关性。此外, 在我们的实验中可以看出土壤温度和空气相对湿度也与功率大小有关系。功率和土壤温度之间的正相关表明土壤温度上升会导致功率增加。适宜的温度可以促进土壤和土壤中的电极之间的电荷交换。功率和空气的相对湿度之间的负相关, 可能是由于空气中的水分会抑制电荷的输送。在我们的实验中同样发现电源和电极高度之间没有明显的相关性。但在高度130cm处显示出更大的稳定性。在这一点上我们还需做更详细的实验才能找到能获得更多电能的最佳位置。

参考文献

[1]Christopher J.Love, Shuguang Zhang, Andreas Mershin.Source of sustained voltage difference between the xylem of a potted Ficus benjamina tree and its soil[J].PLo S ONE, 2008, 3 (8) :e2963.

[2]Carlton Himes, Eric Carlson, Ryan J.Ricchiuti, et al.Using plants for directly powering nanoelectronic circuits[J].Nanotechnology Perceptions, 2010 (6) :29-40.

[3]Dominique Gibert, Jean-Louis Le Mouel, Luc Lambs, et al.Sap Flow and Daily Electrical Potential Variations in a Tree Trunk[J].Plant Science, 2006 (171) :572-584.

[4]AH De Boer, V Volkov.Logistics of water and salt transport through the plant:structure and functioning of the xylem[J].Plant Cell and Environment, 2003 (26) :87-101.

[5]Silke Lautner, Thorsten Erhard Edgar Grams, Rainer Matyssek, et al.Characteristics of electrical signals in poplar and responses in p Hotosynthesis[J].Plant p Hysiology, 2005 (138) :2200-2209.